Elektrostatisches Lackieren – Aufbau und Funktionsprinzip

Das elektrostatische Farbsprühgerät wurde erstmals zwischen 1941 und 1944 vom amerikanischen Wissenschaftler und Forscher Harald Ransburg patentiert. Bevor er seine Erfindung patentieren ließ und nachdem er die ersten Versionen davon patentieren ließ, experimentierte Ransburg ausgiebig im Labor und perfektionierte die von ihm erfundene elektrostatische Farbauftragsmethode.

So erhielt der Erfinder 1951 das Patent US 2697411 für ein Gerät zum Auftragen von Farbe durch elektrostatisches Sprühen, das zum Prototyp moderner Werkzeuge wurde. In den gleichen Jahren gründete Harald die Firma Ransburg, die sich noch heute mit der Herstellung und Verbesserung von elektrostatischen Lackiergeräten beschäftigt.

Grundsätzlich ist die Methode wie folgt. Das flüssige Material für Farbe und Lack wird wie gewohnt mit einem Sprühgerät aufgesprüht, jedoch mit einer zusätzlichen Bedingung. Beim Durchgang durch die Spritzpistole wird der Lack in Kontakt mit einer speziellen Elektrode in der Nähe der Düse der Spritzpistole auf eine hohe negative Spannung aufgeladen, deren Pegel 100.000 Volt erreicht.

Nach dem Austritt aus der Düse strömen die negativ geladenen Lackpartikel in Richtung der Feldlinien elektrostatisches Feld zum geerdeten Lackprodukt. Das heißt, zwischen der Spritzpistole und dem zu lackierenden Produkt wird eine Hochspannung angelegt.

Das Aufsprühen der Farbe erfolgt mit Hilfe von Druckluft, d.h. pneumatisches Verfahren oder Airless-Spritzen, bei dem unter Druck stehende Farbe durch die Düsenöffnung gespritzt wird. Dies sind die beiden traditionellen Sprühmuster zum Auftragen elektrostatischer Farbe. Es gibt auch kombinierte Systeme.

Darüber hinaus stoßen sich die aus der Düse austretenden Farbpartikel gleicher Ladung nach dem Gesetz der Elektrostatik gegenseitig ab und bilden so auf natürliche Weise einen Farbbrenner. Die Partikelfackel wird durch die Kräfte der elektrostatischen Anziehung auf das geerdete Teil gelenkt, und die Partikel, die sich entlang der Intensitätslinien des elektrostatischen Feldes bewegen, bedecken das Teil gleichmäßig. Dadurch entsteht kein Tintennebeleffekt und der Übertragungskoeffizient des Farb- und Lackmaterials auf dem Produkt erreicht 98 %.

Mit dieser Auftragungsmethode können Sie Farb- und Lackmaterial erheblich einsparen und den Lackiervorgang im Allgemeinen erheblich beschleunigen. Beim Lackieren von großen Gegenständen, wie zum Beispiel Rohren, müssen diese während des Lackiervorgangs in üblicher Weise mehrmals gewendet werden, damit die Farbe gleichmäßig und allseitig aufliegt.

Beim elektrostatischen Auftragen ist dies jedoch bereits überflüssig, da sich die geladenen Lackpartikel von selbst entlang der Linien des elektrischen Feldes bewegen, sich von allen Seiten um das Produkt legen und ein Durchgang mit einer Spritzpistole ausreicht, um die erforderliche hohe Qualität zu erzielen Ergebnis.

Elektrostatische Pistolen sind anders, haben aber auch etwas mit herkömmlichen Spritzpistolen gemeinsam. Zunächst einmal ist das Prinzip der lackführenden Kanäle dasselbe. Der Unterschied liegt in der Anwesenheit einer Elektrode zum Aufladen des Farb- und Lackmaterials sowie in der Hochspannung, die das System mit der notwendigen Arbeitsspannung versorgt, in einigen und in der Abwesenheit anderer.

Das Gehäuse der elektrostatischen Spritzpistole besteht im Gegensatz zu herkömmlichen Spritzpistolen nicht aus Stahl oder Aluminium, sondern aus einem Verbundkunststoff, der sowohl leitende als auch isolierende Teile enthält, sodass der Arbeiter maximal vor versehentlichem Stromschlag geschützt ist.

Das Hochspannungssystem einer elektrostatischen Pistole kann klassisch oder kaskadenförmig aufgebaut sein. Das klassische Schema besteht darin, der Pistole über ein Kabel Hochspannung von einer Quelle (Hochspannungstransformator) zuzuführen. Dadurch ist das Werkzeug leicht und einfach zu bedienen, da sich im Gehäuse keine Elektronik befindet.

Obligatorischer Kurzschlussschutz. Ein solches Spray ist günstiger und einfacher zu reparieren. Der Nachteil des klassischen Schemas ist die instabile Spannung der Elektrode und das Fehlen eines Schalters am Zerstäuber.

Die Kaskadenschaltung setzt das Vorhandensein eines im Gerät (direkt im Zerstäuber) eingebauten Spannungswandlers voraus. Die Pistole wird über ein Niederspannungskabel mit 12 Volt Gleichstrom betrieben und die Spannung im Inneren des Werkzeugs wird nun auf ein für den Betrieb akzeptables Niveau erhöht.

Die Vorteile der Kaskadenschaltung sind unbestreitbar: stabile Spannung, gleichmäßige Ladung, die Möglichkeit, die Spannung des Werkzeugs anzupassen, das Vorhandensein eines Schalters zur Hand. Die Nachteile sind höheres Gewicht und höherer Preis.

Elektrostatische Lackiersysteme werden in automatische und manuelle Systeme unterteilt. Sowohl diese als auch andere können, wie oben erwähnt, luftlos, kombiniert oder pneumatisch sein. Darüber hinaus sind die automatischen Tassen auch mit hoher Geschwindigkeit und die manuellen Tassen mit niedriger Geschwindigkeit ausgestattet. Darüber reden wir später.

Im Normalfall erfolgt das Spritzen wie mit herkömmlichen Spritzpistolen – Airless-, Kombinations- und pneumatische elektrostatische Spritzgeräte arbeiten in der Anfangsphase, sorgen jedoch aufgrund der Wirkung elektrostatischer Kräfte für eine sparsame Lackierung und einen hohen Übertragungskoeffizienten – bis zu 90 % .

Doch bei Zerstäubern und Scheiben läuft alles etwas anders ab: Die Zerstäubung erfolgt hier durch Zentrifugalkräfte, wenn sich die Scheibe oder der Becher auf dem Zerstäuber dreht. Die Rotation wird durch die Einwirkung von Druckluft auf den Becher oder die Scheibe erzeugt und durch elektrostatische Wirkung erzeugt. Dadurch wird eine Übertragung von bis zu 98 % des Farb- und Lackmaterials erreicht.

Handgeführte Bechersprühgeräte mit niedriger Geschwindigkeit haben eine Becherrotationsgeschwindigkeit von nur 600 U/min und obwohl sie eine Farbübertragung von 98 % ermöglichen, werden sie in großen Industrieanlagen nicht sehr häufig eingesetzt, da ihre Leistung gering ist und maximal 200 Milliliter Farbe pro Minute ausbringt Minute.

In der Kleinindustrie, insbesondere beim Lackieren von Metallgittern, erfreuen sich handgeführte elektrostatische Sprühgeräte jedoch aufgrund ihrer Wirtschaftlichkeit und Effizienz zu Recht großer Beliebtheit.

Automatische Scheiben-Hochgeschwindigkeits-Farbspritzgeräte, bei denen Druckluft um den Umfang des Brenners bläst, um ihn zu verengen, haben eine Scheibenrotationsgeschwindigkeit von bis zu 60.000 U/min und weisen eine deutlich höhere Produktivität bei hoher Auftragseffizienz (bis zu 90 %) auf. Solche elektrostatischen Sprühgeräte werden in der Industrie häufig eingesetzt, beispielsweise beim Lackieren von Karosserieteilen, Haushaltsgeräten, Metallkonstruktionen wie Möbeln usw.

Es verfügt über eine elektrostatische Lackiermethode und seine eigenen, unverwechselbaren Farbtöne. Erstens ist es ein Hochspannungsjob. Natürlich ist der Vorteil, bis zu 98 % des Materials zu übertragen, äußerst wichtig, aber auch hier gibt es traditionelle Einschränkungen.

Das Farb- und Lackmaterial muss einen bestimmten Mindestwiderstand aufweisen, damit es nach dem Passieren der Hochspannungselektrode ausreichend aufgeladen werden kann, andernfalls nimmt die Farbqualität ab, beispielsweise durch das Vorhandensein von Metallstaub in der Zusammensetzung des Emails haben den größten - guten Einfluss auf die Farbqualität.

Mit Wasser verdünnte Materialien sind aufgrund von Kurzschlüssen gefährlich. Mittlerweile stehen moderne Geräte nicht still, sie verbessern sich, und diese Einschränkungen sind keine unüberwindlichen Hindernisse mehr für die Lackierung.

Unabhängig davon ist auf die Eigenschaften der lackierten Oberflächen einzugehen. Nicht leitende Materialien wie Holz, Kunststoff oder Gummi lassen sich nicht einfach lackieren, es sind zusätzliche Vorarbeiten erforderlich: Zuerst wird eine leitfähige Grundierung aufgetragen oder das Material angefeuchtet, dann wird der Lack elektrostatisch aufgetragen.

Auch die Form des zu bemalenden Objekts ist sehr wichtig.Da die geladenen und sich entlang der Feldlinie bewegenden Lackpartikel hauptsächlich in Richtung der am stärksten geladenen Bereiche auf das Produkt zuströmen, ist es nicht möglich, die Hohlräume oder Taschen zu übermalen, da in ihnen fast kein elektrisches Feld vorhanden ist . Der Faradaysche Käfigeffekt wird funktionieren. Im Gegenteil, scharfe Projektionen werden am besten eingefärbt, da die elektrische Feldstärke in ihrer Nähe am größten ist.

Es gibt jedoch einen Ausweg. Taschen und Aussparungen können lackiert werden, dazu schalten sie einfach die Hochspannung aus und lackieren wie mit einer herkömmlichen pneumatischen oder Airless-Spritzpistole. Es ist wichtig, all diese Nuancen zu berücksichtigen.

Anlagen zum elektrostatischen Lackieren bestehen aus folgenden Teilen: Spritzpistole, Hochspannungsquelle, Schläuche für verschiedene Zwecke (für Luft und für Farbe), Stromkabel, Erdungskabel, Pumpe, Tank.

Vor Beginn der Arbeiten muss die Anlage zuverlässig geerdet werden. Als Hochspannungsquelle kann sowohl ein elektrisches Netz als auch eine andere Energiequelle verwendet werden, insbesondere ein mobiler pneumatischer Konstantspannungsgenerator für den autonomen Betrieb der Anlage bei Fehlen eines herkömmlichen Netzes.

Es ist erwähnenswert, dass sich die elektrostatische Lackiertechnik im Laufe der Jahrzehnte, seit Ransburg seine erste elektrostatische Spritzpistole erfunden hat, kontinuierlich verbessert hat. Auch heute noch ist die elektrostatische Lackierung zu Recht die wirtschaftlichste Technologie zum Auftragen von Farben und Lacken, die eine maximale Farbübertragung auf das Produkt ermöglicht.

Hier wird die Abfallmenge minimiert, sodass die elektrostatische Lackierung heute sowohl in der Kleinproduktion als auch in großen Industriebetrieben, in Fabriken, sehr beliebt ist.